阻塞IO、非阻塞IO和IO多路用

1、一.阻塞I/O首先，要從你常用的10操作談起，比如read和write,通常10操作 都是阻塞1/0的，也就是說當(dāng)你調(diào)用read時，如果沒有數(shù)據(jù)收到，那么 線程或者進(jìn)程就會被掛起，直到收到數(shù)據(jù)。阻塞的意:思，就是一直等著。 阻塞I/O就是等著數(shù)據(jù)過來，進(jìn)行讀寫操作。應(yīng)用的函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，但是 內(nèi)核一直沒有返回，就一直等著。應(yīng)用的函數(shù)長時間處于等待結(jié)果的狀 態(tài)，我們就稱為阻塞I/O。每個應(yīng)用都得等著，每個應(yīng)用都在等著，浪費 ?。『芟瘳F(xiàn)實中的悄況。大家都不干活，等著數(shù)據(jù)過來，過來工作一下， 沒有的話繼續(xù)等著。appikativnkcmdrccvtronno dabgrjm nZymH fur 3pn

2、Ko blocks incM to recvfroto*dlAt.igr.wti w-3dypy datagrjfncopy djta from kernel to usrrrtumOKwpy compklcprocizdkUdghmi二.非阻塞I/O或ioct 1 (Unix)設(shè)為非阻非阻塞10很簡單，通過fcntl (POSIX)塞模式，這時，當(dāng)你調(diào)用read時，如果有數(shù)據(jù)收到，就返回數(shù)據(jù)，如果 沒有數(shù)據(jù)收到，就立刻返回一個錯誤，如EWOULDBLOCKo這樣是不會阻塞 線程了，但是你還是要不斷的輪詢來讀取或?qū)懭搿Ｏ喈?dāng)于你去査看有沒有 數(shù)據(jù)，告訴你沒有，過一會再來吧！應(yīng)用過一會再來問，有沒

3、有數(shù)據(jù)？沒 有數(shù)據(jù)，會有一個返回。但是依舊很不好。應(yīng)用必須得過一會來一下，問 問內(nèi)核有木有數(shù)據(jù)啊。這和現(xiàn)實很像啊！好多悄況都得去某些地方問問好 了沒有？木有，明天再過來。明天，好了木有？木有，后天再過krmrl來忙碌的應(yīng)用。ap pliuiionvacvfrMr如proc0 repratilly (olte rcvfroat zMh* 仙 onOK reUirn (polling)rccvfromrecv?rodaMgruiisvMem callgwevLssgeicsv(vm callBWgtfL5&gCK為、Mem callBWCVLS&SgKvtvm callno 占血gMin fvad

4、ydjtjgram readyvppy dalngramcopy dm, frvm kenw-I to userreturn CKmpy torn pic忖三、I/O多路復(fù)用多路復(fù)用是指使用一個線程來檢查多個文件描述符狀態(tài)，比如調(diào)用select和poll函數(shù)，傳入多個文件描述符(Fil eDescript ion簡稱FD)如果有一個文件描述符(FileDescription)就緒，則返回，否則阻塞直到超時。得到就緒狀態(tài) 后進(jìn)行真正的操作可以在同一個線程里執(zhí)行，也可以啟動線程執(zhí)行(比如 使用線程池)。就是派一個代表，同時監(jiān)聽多個文件描述符是否有數(shù)據(jù)到 來。等著等著，如有有數(shù)據(jù)，就告訴某某你的數(shù)據(jù)

5、來啦！(Socket)的就緒趕緊來處理吧。jppllcjtionkrmtlselectnodjtdgrjTn readypiKxxg bkxbi ill vdLl lose-lecc, waiH 呷 for w W fMiM4bly nuny Mxfcets Io beconwecvCrooreUtm wLiWc妙利em GilluM*rreturn OKIcopy compleWjxwrw但是進(jìn)行了改四.多路復(fù)用的三種方式(都是上面的I/O的多路復(fù)用, 進(jìn))1、selectsocket 0lOdlOFO ZER 0IteEen Cl I11每次調(diào)用select 0都需要把fd（文件描述符）從

6、用戶態(tài)拷貝到內(nèi)核 態(tài)，開銷比較大2 每次都需要在內(nèi)核遍歷傳入的fd （文件描述符）3 select支持文件數(shù)量比較小，默認(rèn)是10242、pollpoll的實現(xiàn)和select非常相似，只是描述fd集合的方式不同，poll 使用pollfd結(jié)構(gòu)而不是select的fd_set結(jié)構(gòu)，支持的文件數(shù)量比較 多，不僅僅是10243、epollselect/poll只提供了一個函數(shù)，selct/poll函數(shù)，但是epoH 下 子就提供了 3個函數(shù)，真是人多力量大，難怪這么強，如下3個函數(shù)： epoll_create, epoll_ctl 和 epoll_wait, epoll_create 是倉U建一個 e

7、poll句柄；epoll_ctl是注冊要監(jiān)聽的事件類型；epoll_wait則是等待 事件的產(chǎn)生。epoll既然是對select和poll的改進(jìn)，就應(yīng)該能避免上述的三個缺 點。那epoll都是怎么解決的呢？在此之前，我們先看一下epoll和 select和poll的調(diào)用接口上的不同，select和poll都只提供了一個函 數(shù)select或者poll函數(shù)。而epoll提供了三個函數(shù)，epoll_create, epoll_ct 1 和 epoll_wait epoll_create 是創(chuàng)建一個 epoll句柄；epoll_ctl是注冊要監(jiān)聽的事件類型；epoll_wait則是等待事件的產(chǎn)生。對于

8、第一個缺點，epoll的解決方案在epoll_ct 1函數(shù)中。每次注冊 新的事件到epoll句柄中時（在epoll_ct 1中指定EPOLL_CTL_ADD）,會 把所有的fd拷貝進(jìn)內(nèi)核，而不是在epoll_wait的時候重復(fù)拷貝。epoll 保證了每個fd在整個過程中只會拷貝一次。對于第二個缺點，epoll的解決方案不像select或poll 一樣每次都 把current輪流加入fd對應(yīng)的設(shè)備等待隊列中，而只在epoll_ctl時把 current掛一遍（這一遍必不可少）并為每個fd指定一個回調(diào)函數(shù)，當(dāng)設(shè) 備就緒，喚醒等待隊列上的等待者時，就會調(diào)用這個回調(diào)函數(shù)，而這個回 調(diào)函數(shù)會把就緒的fd

9、加入一個就緒鏈表）。epoll_wait的丄作實際上就 是在這個就緒鏈表中査看有沒有就緒的fd （利用schedule_timeout （）實 現(xiàn)睡一會，判斷一會的效果，和select實現(xiàn)中的第7步是類似的）對于第三個缺點，epoll沒有這個限制，它所支持的FD上限是最大可 以打開文件的數(shù)U,這個數(shù)字一般遠(yuǎn)大于204&舉個例子，在1GB內(nèi)存的機 器上大約是10萬左右9具體數(shù)U可以cat /proc/sys/fs/file-max察看， 一般來說這個數(shù)U和系統(tǒng)內(nèi)存關(guān)系很大?？偨Y(jié)：1） select, poll實現(xiàn)需要自己不斷輪詢所有fd集合，直到設(shè)備就緒， 期間可能要睡眠和喚醒多次交替。而epoll其實也需要調(diào)用epoll_wait 不斷輪詢就緒鏈表，期間也可能多次睡眠和喚醒交替，但是它是設(shè)備就緒 時，調(diào)用回調(diào)函數(shù)，把就緒fd放入就緒鏈表中，并喚醒在epoll_wait中 進(jìn)入睡岷的進(jìn)程。雖然都要睡眠和交替，但是select和poll在“醒著” 的時候要遍歷整個fd集合，而epoll在“醒著”的時候只要判斷一下就 緒鏈表是否為空就行了，這節(jié)省了大量的CPU時間。這就是回調(diào)機制帶來 的性能提升。2） select, pol